baigiangktdientu dhbk 2239p2 5254

Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện 2009 153 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 5 CHƯƠNG 05 ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA 5 1 TỔNG QUA.

BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 153 CHƯƠNG 05 ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA 5.1.TỔNG QUAN VỀ TỪ TRƯỜNG TRONG MẠCH TỪ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN : Mạch từ động cảm ứng hay động không đồng pha gồm hai thành phần: Stator : phần đứng yên không quay Rotor: phần quay động Khi cho dòng điện qua dây quấn stator để tạo thành hệ thống đường sức từ trường hay từ thông mạch từ Hệ thống đường sức từ trường thỏa qui luật sau dây: Đường sức từ trường ln có hướng khép kín mạch từ Đường sức từ theo đường ngắn có từ trở nhỏ tập trung mạnh vật liệu dẫn từ Một hệ thống đường sức từ khép kín gọi múi đường sức Số múi đường sức với số cực từ hình thành động STATOR CỰC TỪ BẮC BƯỚC CỰC TỪ STATOR BẮC TỪ THÔNG TỪ THÔNG NAM ROTOR ROTOR NAM BẮC MÔ HÌNH 2p = Số cực từ động (ký hiệu 2p), luôn số chẳn Các cực từ đối tính ln ln xếp liên tiếp xen kẻ khơng gian rotor stator Trong hình 5.1 trình bày phân bố đường sức từ trường dạng tổng quát.trên mạch từ động cơvới trường hợp 2p = cực 2p = cực MÔ HÌNH 2p = CỰC TỪ NAM HÌNH 5.1: Phân bố đường sức từ trường mạch từ DÂY QUẤN STATOR TỪ THÔNG CỰC TỪ BẮC TRUNG TÍNH HÌNH HỌC CỰC TỪ NAM STATOR HÌNH 5.2: Phân bố đường sức từ trường mạch từ startor động 2p = cực Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 154 Trong hình 5.2, ta hình dung rõ ràng dạng đường sức từ trường (hay từ thông) qua mạch từ mạch từ động có 2p = Từ thơng tạo mạch từ cuộn dây quấn stator cho dòng điện qua Quan sát hệ thống đường sức hình thành mạch từ ta rút nhận xét sau: Tại mặt cực từ có đường sức hướng mặt cực từ Bắc Tại mặt cực từ có đường sức hướng vào mặt cực từ Nam Đường sức từ trường tập trung mạnh mặt cực từ Đường thẳng nối liền tâm mặt cực từ (trong kết cấu 2p = 2) gọi trục cực từ  Đường thẳng vng góc với trục cục từ gọi đường trung tính hình học     5.1.1.PHÂN BỐ TỪ TRƯỜNG TRONG KHÔNG GIAN : Muốn hiểu rõ phân bố từ thông khỏang khe hở không khí rotor stator, ta khai triển kết cấu hình 5.2 từ dạng khơng gian đưa dạng khai triển mặt phằng xem hình 5.3 Theo điện từ học, vị trí đường sức tập trung dầy đặc, mật độ đường sức từ trường phân bố tăng cao, từ cảm B có giá trị cao Ngược lại vị trí ĐƯỜNG SỨC TỪ TRƯỜNG PHÂN BỐ THƯA THỚT, từ cảm B có giá trị thấp Tương tự, vị trí khơng có đường sức từ qua, từ cảm có giá trị B = Tuy nhiên để phân biệt tính chất cực từ Bắc Nam kết cấu mạch từ, ta qui ước sau : Tại cực Bắc qui ước giá trị B > Tại cực Nam qui ước giá trị B < DÒN G ĐIỆN I QUA DÂY QUẤN STATOR B C CỰC TỪ STATOR NAM + CỰC TỪ BẮC CỰC TỪ NAM ĐƯỜN G SỨC TỪ THÔN G ĐI TỪ STATOR QUA ROTOR TRÊN MỘT CẶP CỰC TỪ Bm TRỤC VỊ TRÍ KHÔN G GIAN Bm BIỂU DIỄN TỪ CẢM (MẬT ĐỘ TỪ THÔN G) TRÊN MỘT CẶP CỰC TỪ HÌNH 5.3: Phân bố từ trườngmột cặp cực từ theo vị trí khơng gian, dạng khai triển mặt phẳng Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 155 Trong hình 5.3, trình bày đồ thị (hay đường biểu diển) mô tả giá trị tức thởi từ cảm B vị trí khơng gian cặp cực từ Tùy thuộc vào phân bố hệ thống đường sức, giá trị B thay đổi theo vị trí Trong thiết kế máy điện, người ta thường tính B tóan độ rộng bước cực theo khỏang hở khơng khí rotor stator để có phân bố từ thông (hay  .x  Bm B  Bm cos   từ cảm) theo dạng sin    x không gian Biểu thức mô tả, x phân bố từ cảm theo dạng sin khơng gian trình Khỏa ng mở rộn g cực từ bày theo quan hệ (5.1) với vị trí trục tọa độ chuẩn phân bố từ cảm dạng sin trình bày theo hình 5.4 HÌNH 5.4: Phân bố từ cảm dạng sin không gian   .x  B  Bm.cos      (5.1) Trong :  Bm : biên độ cực đại từ cảm B   : bước cực từ, hay khỏang mở rộng cực từ (tương ứng phạm vi góc điện 180o theo vị trí không gian)  x : tọa độ vị trí khảo sát khơng gian 5.1.2 TỪ TRƯỜNG ĐẬP MẠCH : Theo nội dung phân tích mục 5.1.1,ta ý trường hợp sau: Khi cấp dòng chiều vào dây quấn stator, phân bố từ cảm khe hở khơng khí (giữa rotor stator ) có dạng sin vị trí khơng gian tương ứng với độ lớn giá trị dòng điện cấp vqào dây quấn Điều cần nhớ là: phân bố từ cảm không gian không phụ thuộc biến số thời gian t mà phụ thuộc vào biến số vị trí x Khi cấp dịng điện xoay chiều hình sin vào dây quấn stator, giá trị dịng tức thời hình sin thay đổi theo thời điểm khảo sát (biên độ dòng điện biến thiên theo biến số thời gian) Phân bố từ cảm khơng gian có biên độ thay đổi theo thời điểm khảo sát, phải đảm bảo qui tắc phân bố sin theo vị trí khơng gian Giả sử , biểu thức tức thời dịng điện có dạng sau :    i t  Im.sin t (5.2) Vì biên độ từ cảm B từ thông  tỉ lệ thuận với dòng điện i, nên biên độ Bm (5.1) thay đổi theo thời gian t (phụ thuộc thời điểm khảo sát) Chúng ta viết lại biểu thức phân bố từ cảm B theo vị trí theo thời điểm khảo sát (5.3)  .x  B t,x  Bm.sin t cos          (5.3) Tóm lại cấp dịng hình sin vào dây quấn stator, từ trường nhận khe hở khơng khí hàm theo hai biến số x (vị trí khơng gian) t (biến số thời gian) Nói cách khác, phân bố từ cảm khe hở khơng khí có dạng sin khơng gian biên độ biến thiện theo qui luật sin thời gian Từ trường phân bố theo qui luật gọi từ trường đập mạch Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 156 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG TUCAMB Để hiểu rõ tính chất ý nghĩa hình học từ trường đập mạch, khảo sát hình 5.5, ta thay đổi thông số quan hệ (5.3) theo thời điểm ; vẽ dạng phân bố từ cảm B theo vị trí khơng gian (theo biến x) Các thời điểm khảo sát chọn trước tính tóan sau : 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 -0.7 -0.8 -0.9 -1 0.52 1.04 1.56 2.08 2.6 3.12 3.64 4.16 4.68 5.2 5.72 6.24 6.76 VI TRI X HÌNH 5.5: Các đường biểu diển biên độ từ cảm B (phân bố từ trường) theo vị trí khơng gian, thời gian thay đổi (Hình vẽ mơ tả biến đổi phân bố từ cảm thời gian t biến đổi )  Khi t  ,  .0  B  Bm.sin cos  0    (đường hình 5.5) (đường hình 5.5)    Khi t   ,   .x   Bm   .x  B  Bm.sin   cos   cos      6          Khi t   ,  Khi t   ,  Khi t   ,   .x   Bm   .x  B  Bm.sin   cos   cos      4           .x   Bm     cos  .x  B  Bm.sin   cos   3           .x   .x  B  Bm.sin   cos    Bm.cos   2        .x  B  Bm.sin  cos  0     3   .x   .x  B  Bm.sin   cos    Bm.cos            Khi t   ,  Khi t  3 ,   (đường hình 5.5) (đường hình 5.5) (đường hình 5.5) (đường hình 5.5) (đường hình 3.5) Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 157 Khi khảo sát đường biểu diễn phân bố từ trường không gian nhiều thời điểm liên tiếp, rút nhận xét sau: Tại vị trí khơng gian có từ trường đạt biên độ cực đại, thời gian biến đổi biên độ vị trí lúc cực đại Tương tự, vị trí khơng gian từ trường đạt biên độ triệt tiêu, thời gian biến đổi biên độ vị trí lúc triệt tiêu Như vậy, từ trường đập mạch xem tương đương với tượng sóng dừng tổng hợp sóng học hay giao thoa sóng Các vị trí khơng gian tương ứng với biên độ từ cảm B = 0, tương ứng nút dao động sóng dừng, vị trí gọi trung tính cực từ Các vị trí khơng gian tương ứng với biên độ từ cảm đạt cực đại, tương ứng bụng dao động sóng dừng, vị trí tâm mặt cực từ động Tóm lại, stator động cơ, cho dòng điện xoay chiều qua dây quấn hình thành từ trường đập mạch khỏang hở khơng khí rotor stator 5.2.CẤU TẠO CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ (ĐỘNG CƠ CẢM ỨNG) : Động khơng đồng (hay cảm ứng) gồm có hai thành phần chính: STATOR: phần đứng yên động cơ, tạo thành từ nhiều thép kỹ thuật điện ghép lại thành hình trụ vành khăn Các thép tạo thành stator, dập rảnh phân bố theo vòng tròn stator Trong rảnh người ta lót cách điện trước lắp đặt dây quấn vào rãnh stator Trong hình 5.6 trình bày kết cấu lỏi thép stator động pha công suất lớn làm vệ sinh rảnh trước bố trí dây quấn HÌNH 5.6: lỏi thép stator động cảm ứng pha( cơng suất lớn ) Hình 5.7 trình bày mẫu stator quấn dây hình 5.8 trình bày dây quấn hịan chỉnh Với động không đồng pha, stator bố trí dây quấn độc lập tuân theo số qui luật định trước để hình thành từ trường quay trịn khe hở khơng khí stator rotor ROTOR: phần quay động Với động cảm ứng, rotor thường chế tạo theo hai dạng: rotor lồng sóc (hình 5.9 5.10) rotor dây quấn (hình 5.11 5.12) Với u cầu vận hành bình thường, động thường có dạng rotor lồng sóc, trường hợp cần điều chỉnh thay đổi tốc độ động ta động rotor dây quấn Rotor lồng sóc gồm đồng hay nhôm, đúc xuyên qua rảnh rotor, hàn nối tắt hai vành ngắn mạch hai đầu rotor HÌNH 5.7: Dây quấn stator Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 158 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG HÌNH 5.8: Dây quấn stator sau quấn hịan chỉnh HÌNH 5.9: Rotor lồng sóc Trên vành ngắn mạch người ta thường đức thêm cánh khuấy để trộn gió , giải nhiệt cho động q trình vận hành Ngịai lợi dụng cánh khuấy để thêm đối trọng cân động cho rotor trình quay Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 159 HÌNH 5.10: Rotor gia công tiện láng bề mặt sau ghi ép trục vào rotor HÌNH 5.11: Rotor dây quấn công suất lớn sau gia công quấn dây Với rotor dây quấn, nguời ta quấn dây rảnh rotor, dây quấn bao gồm dây pha độc lập (bố trí tương tự dây quấn stator Dây quấn rotor đấu thành hình Y, tịan đầu dây dây quấn rotor nối đến vành trượt bố trí trục rotor Khi vận hành động cơ, ta phải dùng chổi than để nối tắt vành trượt với nhau, hay nối vành trượt đến đầu biến trở đấu Y bố trí bên ngịai HÌNH 5.12: Rotor dây quấn cơng suất nhỏ với vành trượt Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 160 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG HÌNH 5.13: cấu tạo động không đồng pha, rotor lồng sóc 5.3.KHÁI NIỆM VỀ TỪ TRƯỜNG QUAY TRỊN: Để hình dung hiểu từ trường quay, xem hình 5.14; với nam châm vĩnh cửu hình chữ U đặt trục thằng Khi ý đến khoảng không gian hai cực Bắc Nam nam châm, biểu diễn hướng đường sức từ trường không gian vector cảm ứng từ B Khi quay tròn nam châm quanh trục, vector B quay tròn chiều quay tốc độ với trục quay Hình ảnh vector B quay trịn khơng gian cho ta hình tượng đơn giản từ trường quay tròn Muốn hình thành từ trường quay trịn động khơng đồng ba pha, ta cần điều kiện sau : Trên stator bố trí dây quấn độc lập Ba dây lắp đặt lệch vị trí khơng gian HÌNH 5.14: Hình ảnh từ trường quay tròn quay nam châm vĩnh cửu quanh trục đứng đơi 120o Cấp dịng điện xoay chiều lệch pha thời gian đôi 120o vào dây Điều kiện bố trí lệch vị trí khơng gian dây quấn thực trình chế tạo, quấn dây stator Với ba dây quấn chế tạo giống hệt số liệu, ta xem ba dây tải pha cân Muốn tạo dịng điện hình sin lệch pha thời gian đôi 120o qua ba dây, cần đấu dây theo dạng hình Y hay  ; sau cấp nguồn ba pha vào hệ thống dây quấn sau đấu nối Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 161 Áp dụng kết vừa khảo sát mục 5.2; ta có nhận xét sau: Từ trường tạo pha dây quấn từ trường đập mạch Do vị trí bố trí khơng gian dịng điện qua dây lệch pha thời gian với nhau, thời điểm khảo sát từ trường tạo ba dây có giá trị cực đại, từ trường hình thành hai dây cịn lại không đạt giá trị cực đại Từ trường tổng hợp từ ba từ trường đập mạch (tạo ba dây quấn) từ trường quay tròn Chúng ta khảo sát từ trường tổng hợp theo hai phương pháp sau: PHƯƠNG PHÁP 1: áp dụng phương pháp tóan học tổng hợp từ trường đập mạch để tìm biểu thức cho từ trường tổng hợp, chứng minh từ trường tổng có dạng quay trịn Sau vẽ dạng từ trường tổng hợp thời gian thay đổi PHƯƠNG PHÁP 2: áp dụng phương pháp tổng hợp vector xác định từ trường tổng thời điểm liên tiếp 5.3.1 PHƯƠNG PHÁP : (ÁP DỤNG GIẢI TÍCH KHẢO SÁT TỪ TRƯỜNG QUAY) Trong hình 5.15 ba dây stator lệch vị trí khơng gian 1200; dây đấu Y cấp nguồn áp ba pha thứ tự thuận dây quấn Với hệ thống nguồn ba pha thứ tự thuận biểu thức tức thời dòng điện qua dây quấn :  iB  t   Im.sin(t  120O ) iC  t   Im.sin(t  240O ) iA t  Im.sin(t) (5.4) Chọn trục vị trí khơng gian chuẩn trục dây AX , từ trường đập mạch tạo nên dây có dịng i A qua là:  .x  BA t,x  Bm.sin t cos        HÌNH 5.15   (5.5) Đối với dây BY,do bố trí lệch khơng gian so với dây AX góc 120o , đồng thời cho dòng điện iB qua, từ trường đập mạch có dạng sau:    .x  BB t,x  Bm.sin t  120o cos   120o       (5.6) Xét tương tự cho dây CZ, ta nhận từ trường đập mạch dây tạo ( cho dòng iC qua):    .x  BC t,x  Bm.sin t  240o cos   240o       (5.7) Gọi B từ trường tổng hợp từ từ trường đập mạch thành phần :         B t,x  BA t,x  BB t,x  BC t,x (5.8) Muốn xác định biểu thức giải tích B ta áp dụng công thức biến đổi lượng giác sinp.cosq   sin(p  q)  sin(p  q) để biến đổi quan hệ (5.5); (5.6) (5.7) tổng hợp 2 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 162 Ta có kết sau:    .x .x  Bm  sin(t  )  sin(t  )     (5.9) BB t,x     .x .x  Bm  sin(t   240o )  sin(t  )     (5.10)    .x .x  Bm  sin(t   480o )  sin(t  )     (5.11) BA t,x  BC t,x  Cần ý tính chất sau:      .x  .x .x sin  t   240o   sin  t   480o     sin  t           (5.12) Phối hợp (5.9); (5.10) (5.11) suy biểu thức giải tích từ trường tổng hợp, ta có:   g B t,x  1 -0 -0 -0 -0 -0 -0 -0 -0 -0 -1 -1 -1 -1 -1 -1 3.Bm  .x  sin  t      (5.13) t    t   t  t  t   52 31.0 461 56 92 09 22.6 153 13 83 66 14.1 844 70 23 5.7 536 27 66.7 99 V i tri x HÌNH 5.16: Đồ thị mơ tả từ trường hình sin chuyển động   3.Bm   .x  t  ; B    sin           t   ;B  3.Bm    .x    sin        4    t   ;B  3.Bm    .x    sin        2   Muốn nhìn thấy từ trường tổng B(t,x) từ trường quay trịn khơng gian, ta chọn trước thời điểm t vẽ quan hệ B theo vị trí x ; thực lập lại với nhiều thời điểm liên tiếp nhau, ta thấy đường sin từ trường di chuyển theo phương vị trí x Các thời điểm chọn lựa để vẽ đường phân bố từ trường tổng sau: t   ;B  3.Bm    .x    sin        6   t   ;B  3.Bm    .x    sin        3   Trong hình 5.16 trình bày dạng từ trường tổng di chuyển theo không gian vẽ thời điểm liên tiếp trục hịanh biểu diển vị trí khơng gian khe hở khơng khí stator rotor động Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 163 Ta rút nhận xét sau: Từ trường tổng phân bố theo dạng sin không gian Khi thời gian thay đổi, từ trường sin di chuyển theo hướng trục x (trên hình vẻ di chuyển từ trái sang phải) Tóm lại, từ trường tổng di chuyển khơng gian theo hướng trục vị trí x Nếu trục vị trí uốn cong thành hình trịn (theo khơng gian khe hở khơng khí thực sư rotor stator) từ trường di chuyển dọc theo chu vi stator Chuyển động chứng tỏ từ trường tổng hợp dạng từ trường quay tròn bên động TÓM LẠI : Trong stator động pha, lắp đặt dây quấn độc lập thỏa qui tắc: lệch vị trí khơng gian 120o, dòng điện qua dây lệch pha thời gian 120o; ta có kết luận sau:  Từ trường tạo dây dạng từ trường đập mạch  Từ trường tổng tạo từ trường đập mạch thành phần (từ dây quấn) từ trường quay tròn 3  lần biên độ từ trường thành phần 2  Biên độ từ trường tổng  5.3.2 PHƯƠNG PHÁP : (TỔNG HỢP VECTOR)   t1    6   t2    2  5   t3       7  t4       3   t5       11   t6      HÌNH 5.17: Đồ thị dòng tức thời nguồn pha theo thời gian Muốn khảo sát hình thành từ trường quay; dựa vào giá trị tức thời dòng pha qua dây quấn, suy vector từ trường B tạo dây thời điểm ; sau tổng hợp vector từ trường B thành phần để có vector từ trường tổng tạo thời điểm khảo sát Thực lại phương pháp vài thời điểm liên tiếp; ta thấy hình ảnh từ trường tổng từ trường quay Trên hình 5.17, ta có đồ thị biểu diễn dịng pha tức thời qua dây quấn, khảo sát giá trị tức thời dòng điện iA, iB, iC thời điểm; ta có bảng giá trị sau: t iA iB iC /6 0,5 Im - Im 0,5 Im /2 Im -0,5 Im -0,5 Im 5/6 0,5 Im 0,5 Im - Im 7/6 -0,5 Im Im -0,5 Im 3/2 - Im 0,5 Im 0,5 Im 11/6 -0,5 Im -0,5 Im Im Các giá trị từ trường đập mạch (tạo dây) tỉ lệ thuận với giá trị dòng điện qua dây quấn, dựa vào bảng giá trị tức thời dịng điện pha ta biểu diễn vector từ cảm (đặc trưng cho từ trường) tạo thời điểm Áp dụng phép tổng hợp vector suy vector từ trường tổng, xem hình 5.18 5.19 sau đây: Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 164 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG i A = 0,5 I m A A BA C B BC i C = 0,5 I m BC BB BB C TỪ TRƯỜNG TỔNG BA B iB= -Im t  TỪ TRƯỜNG TỔNG TẠI LÚC B  iA= Im A A BA BC C BB BC BB C B - 0,5.I m iC= B iB= TỪ TRƯỜNG TỔNG TẠI LÚC TỪ TRƯỜNG TỔNG A A BA - 0,5.I m t  B  i A = 0.5I m BA BB BC i B = 0,5.I m BB C C B B iC= TỪ TRƯỜNG TỔNG -Im 5 TỪ TRƯỜNG TỔNG TẠI LÚC t  B BC BA   3   5   , t    , t    6     HÌNH 5.18: Khảo sát từ trường quay thời điểm: t   Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 165 TỪ TRƯỜNG TỔNG i A = - 0,5 I m A A BA i C = - 0,5 I m C B B BC BB BA C B BB iB= Im t  TỪ TRƯỜNG TỔNG TẠI LÚC 7 BC TỪ TRƯỜNG TOÅNG A B i A = -I m A BA BA BC C B BB BB C i C = 0,5.I m i B = 0,5.I m t  TỪ TRƯỜNG TỔNG TẠI LÚC A TỪ TRƯỜNG TỔNG 3 i A = - 0,5I m A BA BC C BC B B i B = - 0,5.I m BB B B C BA iC=Im TỪ TRƯỜNG TỔNG TẠI LÚC  t  11 BC BB  7   9   11   , t    , t          HÌNH 5.19: Khảo sát từ trường quay thời điểm: t   Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 166 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 5.3.3 ĐẶC ĐIỂM CỦA TỪ TRƯỜNG QUAY : 5.3.3.1 VẬN TỐC CỦA TỪ TRƯỜNG QUAY : Vận tốc từ trường quay ký hiệu n1 hay ndb, đươc gọi vận tốc đồng Vận tốc phụ thuộc :   Tần số f nguồn điện cấp vào dây quấn stator Số đôi cực (p) động Với phương pháp trình bày mục 5.3.1 5.3.2 phương thức hình thành từ trường quay rút nhận xét sau máy điện có 2p = cực: Với dịng sin pha cấp vào dây quấn theo (5.4), giá trị  biểu thức dịng điện tần số góc Giá trị quan hệ với tần số nguồn điện theo quan hệ:   2.f (5.14) Với biểu thức (5.13) cho thấy từ cảm tổng hợp B hàm điều hòa theo thời gian t, vector đặc trưng cho từ cảm tổng hợp vector phase quay nhận giá trị  làm vận tốc góc Như giá trị có quan hệ với vận tốc từ từ trường n1 theo quan hệ sau:   2.n1 (5.15) Từ (5.14) (5.15) ta suy với máy điện có 2p = cực quan hệ tần số nguồn điện cung cấp với số cực 2p thỏa quan hệ sau: f  n1 (5.16) Nói theo cách khác, dịng điện sin hồn tất chu kỳ từ trường quay quét qua khoảng cực từ máy điện Từ suy với máy có 2p = cực, muốn từ trường quay quét qua trọn vẹn không gian tương ứng với cực ta cần chu kỳ dịng điện hình sin cấp từ nguồn Một cách tổng quát với máy điện có 2p cực quan hệ tần số nguồn điện với vận tốc từ trường quay thỏa quan hệ sau: f  p.n1 (5.17)  vòng  Trong đó, p số đôi cực từ;  f   Hz  n1     Nếu đổi đơn vị đo vận tốc  s   voøng    n1    phuùt  ta ghi lại sau:   p.n1 f 60 (5.18) 5.3.3.2 CHIỀU QUAY CỦA TỪ TRƯỜNG : Chiều quay từ trường phụ thuộc vào thứ tự pha dòng điện cấp vào dây quấn stator Khảo sát hình 5.18 5.19 ta rút nhận xét sau: Hướng vector từ trường tổng B luôn hướng với vector từ trường tạo dây quấn cho dịng điện có giá trị cực đại (+ Im) hay giá trị cực tiểu (Im) qua Trong hình 5.18 dọc theo chu vi stator ; dịng điện qua dây có biên độ cực đại (+ Im) theo thứ tự A,B,C ; chiều từ trường quay hình thành quét qua dây theo thứ tự tương ứng A, B, C Khi hóan vị hai ba pha nguồn cấp vào dây quấn stator, thứ tự hệ thống thay đổi, nên chiều quay từ trường đảo hướng ngược lại Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 167 5.4 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ : 5.4.1 CÁC ĐỊNH LUẬT ĐIỆN TỪ ÁP DỤNG KHI KHẢO SÁT NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: Nguyên tắc họat động động khơng đồng giải thích dựa định luật điện từ học sau đây: Định luật cảm ứng điện từ khảo sát tượng hình thành sức điện động dẫn di chuyển cắt đường sức từ trường Định luật Laplace khảo sát lực điện từ tác động lên dẫn mang dòng điện đặt từ trường 5.4.1.1 ĐỊNH LUẬT CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ: t2 = dt t1 = B B B v B l G v dS v e e e Hướng dòng điện cảm ứng qua maïch e e dx + HÌNH 5.20: Sức điện động hình thành di chuyển dẫn từ trường Trong hình 5.20, bố trí hai dẫn song song nhau, cách khỏang cách  Đặt dẫn thứ ba vng góc với hai dẫn Tòan hệ thống dẫn đặt từ trường đều, đường sức từ có hướng vng góc với mặt phẳng tạo dẫn Tác động ngọai lực để kéo dẫn thứ ba di chuyển thằng với vận tốc v Giả sử thời điểm ban đầu t1 = từ thơng xun qua diện tích giới hạn dẫn 1 ; sau khỏang khỏang thời gian dt, thời điểm t2 = dt, dẫn di chuyễn đến vị trí khác Tại ta có từ thông xuyên qua tiết diện 2 Áp dụng công thức Faraday, sức điện động cảm ứng dẫn động thỏa quan hệ:  e B S2  S1   1 d   dt dt dt e  dx  B.dS  B.l    B.l.v dt  dt   (5.19) (5.20) Dấu (-) biểu thức (5.20) thể tính đối kháng sức điện động sinh ra; vận tốc dài làm tăng từ thông xuyên qua tiết diện, sức điện động hình thành có khuynh hướng làm giảm từ thông xuyên qua tiết diện I thuộc vào hướng  Hướng của sức điện động e sinh phụ  B vận tốc v , để xác định hướng e ta áp dụng qui tắc    sau: ( v , B , e ) tạo thành tam diện thuận (hình 5.20) dùng e qui tắc bàn tay trái, xem hình 5.21 B HÌNH 5.21: Qui tắc bàn tay trái định hướng sức điện động e Với qui ước xem dẫn tuơng đương với nguồn áp e hình  thành dẫn với dấu (+) vị trí vector e dấu ()  vị trí gốc vector e (xem hình 5.20) Một cách khác xem hướng e hình thành dẫn hướng dòng cảm ứng qua dẫn (khi mạch trạng thái kín) Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 168 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 5.4.1.2 ĐỊNH LUẬT VỀ LỰC ĐIỆN TỪ : I Trong hình 5.22 trình bày dẫn thẳng mang dịng điện i đặt từ trường B; theo định luật Laplace dẫn chịu tác dụng lực điện từ F Trong trường hợp tổng quát, phương dòng điện i phương B hợp góc có giá trị  , lực điện từ F xác định theo quan hệ sau: F  B.I.L.sin  I B F F B (5.21) Trong L bề dài dẫn mang dòng điện I Khi phương dòng điện I phương vector từ cảm B hợp góc 900 ; lực điện từ xác định theo quan hệ sau: F  B.I.L HÌNH 5.22: Qui tắc bàn tay trái định hướng lực điện từ (5.22) Hướng lực điện từ F xác định theo qui tắc bàn tay trái (hình 5.22) 5.4.2 NGUYÊN TẮC HỌAT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ CẢM ỨNG : Từ trường đứng yên Chiều quay từ trường B B ROTOR quay ROTOR đưng yên HÌNH 5.23: Áp dụng chuyển động tương đối giải thích nguyên lý họat động động không đồng B v TỪ TRƯỜNG ĐỨNG YÊN e2 B F + B ROTOR QUAY e2 v F HÌNH 5.24: Sức điện động sinh dẫn rotor Trong hình 5.23, trình bày mơ hình đơn giản động khơng đồng Giả sử dây quấn stator tạo từ trường quay tròn (vector từ cảm tổng B quay tròn không gian với vận tốc n1) Dây quấn rotor nối tắt mô tả đơn giản khung dây kín, hình 5.22 khung dây biểu diễn mặt cắt hai dẫn tạo thành khung dây.Từ trường quay tạo dây quấn stator chuyển động quét lên dẫn rotor ; áp dụng chuyển động tương đối học ta xem: trạng thái dẫn rotor đứng yên từ trường quay tròn (giả sử theo chiều kim đồng hồ); tương đương với trạng thái từ trường đứng yên dẫn rotor quay tương đối theo chiều ngược lại (chiều quay tương đối dẫn rotor chiều ngược kim đồng hồ) Tóm lại khảo sát theo chuyển động tương đối, dẫn rotor quay tròn cắt đường sức từ trường, dẫn hình thành sức điện động cảm ứng e2 Tốc độ quay tương đối dẫn tốc độ từ trường quay n1 Vì rotor ngắn mạch nên sức điện động e2 tạo dòng cảm ứng i2 dẫn Giả sử rotor có hai dẫn, hướng dòng cảm ứng sinh dẫn trình bày hình 5.24 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 169 Khi dẫn rotor có dịng cảm ứng qua dẫn đặt từ trường B, dẫn chịu tác động lực điện từ F Hướng lực điện từ tác động lên dẫn xác định theo qui tắc bàn tay trái Các lực điện từ tác động lên thành dẫn hình thành ngẩu lực làm rotor quay theo hướng ngược với hướng chuyển động tương đối dẫn rotor, nói khác chiều quay rotor chiều với chiều từ trường quay Nên nhớ vận tốc rotor đạt vận tốc từ trường; hai tốc độ quay lúc dẫn rotor từ trường xem đứng yên so tương Tóm lại, vận tốc rotor luôn nhỏ vận tốc từ trường quay Ta có định nghĩa cho độ trượt s vận tốc chênh lệch tương đối vận tốc rotor so với vận tốc từ trường quay Gọi :  n1 : vận tốc từ trường quay ( hay tốc độ đồng bộ)  n2 : vận tốc rotor  s : độ trượt động Trong ta định nghĩa độ trượt quan hệ sau: s n1  n2 n1  1 n2 (5.23) n1 Hay n2  n1.(1  s) (5.24) THÍ DỤ 5.1: Động không đồng ba pha 2p = cực, cấp nguồn xoay chiều pha có tần số f = 50Hz Bảng lý lịch động có ghi tốc độ định mức 1425 vòng/phút Xác định : a./ Tốc độ từ trường quay b./ Độ trượt động tải định mức GIẢI TỐC ĐỘ CỦA TỪ TRƯỜNG QUAY: Áp dụng công thức (3.15) ta suy tốc độ đồng hay tốc độ từ trường quay: n1  60.f 60 50 3000    1500 [vòng/phút] p 2 ĐỘ TRƯỢT CỦA ĐỘNG CƠ:  Vận tốc từ trường quay : n1 = 1500 vòng/phút  Vận tốc rotor lúc tải định mức : n2 = 1425 vòng/phút Độ trượt s động : s n1  n2 n1  1 n2 n1  1 1425 1500  1425 75    0, 05 1500 1500 1500 5.5 CÁC PHƯƠNG TRÌNH CỦA ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ: 5.5.1 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG ÁP Ở STATOR: Với ba dây quấn stator chế tạo số liệu hoàn toàn giống nhau, ta nói dây quấn ba pha cân Dây quấn stator đấu theo dạng Y hay  tùy theo áp hiệu dụng định mức cho phép đặt ngang qua hai đầu pha dây quấn Khi cấp nguồn áp pha cân vào dây quấn stator, mạch điện stator mạch pha cân bằng, ta khảo sát pha tương đương Gọi :  V1 : Áp pha hiệu dụng cấp vào pha dây quấn phía stator  f : tần số nguồn điện cấp vào dây quấn stator Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 170 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG Tương tự máy biến áp, dây quấn stator xem dây quấn sơ cấp, cấp dịng hình sin qua dây quấn stator pha dây quấn tạo thành từ thông đập mạch với biên độ m Từ thông biến thiên theo thời gian nên hình thành sức điện động cảm ứng pha dây quấn Sức điện động cảm ứng hiệu dụng pha dây quấn xác định theo quan hệ sau: E1  4, 44.f1.N1.Kdq1.m (5.25) Trong : N : tổng số vịng pha dây quấn stator Kdq1 : hệ số dây quấn pha stator, tính đến phân bố dây quấn cặp cực từ Từ thông Từ thông tản rãnh stator Từ thông tản tạp stator Trên dây quấn stator , cần để ý đến thành phần : STATOR ROTOR Từ thông tản rãnh rotor Từ thông tản tạp rotor HÌNH 5.25: Phân bố từ thông tản rãnh stator rotor Điện trở nội R1 pha dây quấn Thành phần điện kháng tản từ đặc trưng cho từ thông tản ( thành phần từ thông tạo nên dây quấn stator, khép kín mạch dây quấn stator khơng móc vịng qua rotor) Các thành phần từ thơng tản máy điện quay gồm có từ thơng tản rãnh từ thơng tản tạp (hình 5.25) Gọi xt1 thành phần điện kháng tản từ pha dây quấn stator Phương trình cân áp viết cho pha dây quấn phía stator viết sau:    V1 E1  (R1  j.X t1) I1 (5.26) Phương trình cho trường hợp động vận hành chế độ không tải động mang tải Khi tải trục động thay đổi, dòng điện I1 thay đổi giá trị tương ứng 5.5.2 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG ÁP Ở ROTOR: Khi khảo sát phương trình cân áp phía rotor, ta chia trường hợp sau :  Trường hợp rotor đứng yên không quay  Trường hợp rotor quay Trong trường hợp điều quan trọng cần ý: thay đổi f2: tần số dòng điện rotor thơng số mạch phía rotor 5.5.2.1 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG ÁP ROTOR (LÚC ROTOR ĐỨNG YÊN): Khi rotor đứng yên, từ trường quay quét qua dây quấn rotor hình thành sức điện động cảm ứng E2 pha dây quấn rotor Sức điện động rotor tần số với sức điện động phía stator: E2  4, 44.f2 N2 Kdq2 m (Rotor đứng yên) (5.27) f2  f1 (Rotor đứng yên) (5.28) N2 : tổng số vòng pha dây quấn rotor Kdq2 : hệ số dây quấn pha rotor Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 171 Vì rotor thuộc dạng ngắn mạch, phương trình cân áp pha phía rotor lúc đứng yên có dạng sau:   E2  (R2  j.X t2 ) I (Rotor đứng yên) (5.29) Trong đó:  R2 : điện trở nội pha dây quấn rotor  Xt2 : điện kháng tản từ pha phía rotor 5.5.2.2 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG ÁP Ở ROTOR ( LÚC ROTOR QUAY): Khi rotor quay với tốc độ quay n2 từ trường quay có tốc độ n1 > n2 , tốc độ quay tương đối từ trường quay rotor sn1 = (n1 – n2 ) Vì tần số dịng điện phía rotor tỉ lệ thuận với tốc độ quét từ trường quay lên dẫn rotor ,ta có nhận xét sau TRẠNG THÁI Rotor đứng yên Rotor quay TỐC ĐỘ TỪ TRƯỜNG QUAY SO VỚI ROTOR TẦN SỐ ROTOR n1 s.n1 f = f1 f2 Tần số phía rotor lúc quay xác định sau: f2  s.n1.f1  s.f1 n1 Tóm lại : f2  s.f1 (Khi rotor ñang quay) (5.30) Khi tải trục động thay đổi làm thay đổi tốc độ quay động cơ, tần số phía rotor thay đổi theo tốc độ quay rotor Các phần tử mạch phía rotor có liên quan đến tần số thay đổi Điện kháng tản từ, sức điện động cảm ứng phía rotor thay đổi theo giá trị tần số f2 rotor thay đổi tốc độ quay Gọi :   E2s : sức điện động phía rotor (khi rotor quay) Xt2s : điện kháng tản từ phía rotor lúc rotor quay TRẠNG THÁI SỨC ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG ROTOR ĐIỆN KHÁNG TẢN TỪ ROTOR Rotor đứng yên E2  4, 44.f1.N2 kdq2 m X t2  2.f1.L t2 Rotor quay E2S  4, 44.f2 N2 kdq2 m X t2s  2.f2 Lt2 Suy ra: E2 s E2  f2 f1  s.f1 f1 s E2s  s.E2 (5.31) Tương tự ta suy : X t2s X t2  .f2 L t2 .f1.L t2 X t2s  s.X t2  s.f1 f1 s (5.32) Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 172 Phương trình cân áp phía rotor (khi rotor quay):   E2s  (R2  j.X t2s ) I (Rotor ñang quay, tần số f2 ) (5.33) THÍ DỤ 5.2: Với động thí dụ 5.1, xác định tần số phía rotor động tải định mức GIẢI Với hệ số trượt động lúc mang tải định mức s = 0,05 ; áp dụng quan hệ (5.30) suy tần số phía rotor lúc tải định mức f2  s.f1 (Khi rotor ñang quay) f2  0, 05  50  2, Hz 5.5.3 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG DỊNG ĐIỆN : 5.5.3.1.TỐC ĐỘ TỪ TRƯỜNG QUAY STATOR VÀ TỪ TRƯỜNG QUAY ROTOR KHI ĐỘNG CƠ QUAY: Khi bố trí stator dây quấn ba pha cấp dịng điện pha có tần số f1 vào dây quấn,  từ trường quay có tốc độ quay  n1    60f1   Dưới tác dụng từ trường quay, rotor quay p  theo chiều với từ trường quay, tốc độ quay rotor n2 = n1(1s ) ; tần số dòng điện rotor f2  s.f1 Với động rotor lồng sóc (dạng rotor có dây quấn nhiều pha) ; có dòng cảm ứng qua dây quấn rotor, rotor hình thành từ trường quay trịn với vận tốc quay nr Vận tốc từ trường quay tạo rotor tỉ lệ thuận với tần số rotor tỉ lệ nghịch với số đôi cực tạo dây quấn rotor Áp dụng quan hệ (3.15) ta suy tốc độ quay từ trường quay hình thành rotor nr  60.f2 p nr  s.n1  60.s.f1 p  s 60f1 p (5.34) Khi rotor quay vói vận tốc n2 mang theo từ trường quay tạo rotor có vận tốc nr , suy vận tốc từ trường quay tạo dây quấn rotor so tương tốc độ từ trường quay tạo dây quấn stator (n2 + nr) Suy ra: n2  nr  n1.(1  s)  s.n1 n2  nr  n1 (5.35) Tóm lại : Vận tốc từ trường quay (tạo dây quấn stator) tốc độ từ trường quay (tạo dây quấn rotor) 5.5.3.2.PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG DÒNG (KHI ĐỘNG CƠ ĐANG QUAY): Lý luận tương tự khảo sát nguyên lý máy biến áp; từ trường (hay từ thông) quay stator tạo sức từ động stator có dịng pha qua pha dây quấn stator Khi rotor mang tải, dịng điện qua dây quấn rotor hình thành sức từ động rotor có tínhchất đối kháng với sức từ động stator Hiện tượng đối kháng cân đảm bảo sức từ động tổng luôn không đổi với sức từ động hình thành dây quấn stator lúc không tải Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009